在19世紀(jì)40年代,“熱質(zhì)說(shuō)”風(fēng)行一時(shí),焦耳認(rèn)為熱質(zhì)并不存在,熱是能的 一種形式,為此他做了大量實(shí)驗(yàn)。1840年以后,焦耳多次發(fā)表文章,先后介紹了四種測(cè)定熱 功當(dāng)量的方法,其中之一就是用通電金屬絲放在水中加熱。根據(jù)電流做的功和水獲得的熱量 來(lái)計(jì)算當(dāng)量。
他發(fā)現(xiàn):通電導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量,跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成 正比。這就是后來(lái)以他的名字命名的焦耳定律。在測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)中,最著名的是1845 年發(fā)表的用摩擦加熱液體的實(shí)驗(yàn),也就是焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)。
焦耳在電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)軸上繞兩根細(xì)線,分別跨過(guò)相距27"_blank" href="/item/定滑輪/5088499" data-lemmaid="5088499">定滑輪后垂掛幾英磅重的砝碼。線圈浸在量熱器的水中。由砝碼下落距離可算出機(jī)械功大小,由水溫變化可算出熱量多少。
1843年他得到熱功當(dāng)量為4.511焦耳/卡(現(xiàn)代公認(rèn)值為4.187焦耳/卡)。后經(jīng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn),他又得到熱功當(dāng)量為4.145焦耳/卡。1849年他對(duì)各種測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到數(shù)值為4.154焦耳/卡的結(jié)論。
J.P.焦耳從1840年起,持續(xù)幾十年時(shí)間,用電量熱法和機(jī)械量熱法,做了大量實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論:熱功當(dāng)量是一個(gè)普適常數(shù),同作功方式無(wú)關(guān)。從而證明了機(jī)械能(功)和電能(功)同熱量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;論證了傳熱是能量傳遞的一種形式;為確認(rèn)能量守恒和轉(zhuǎn)換定律的正確性打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1840年焦耳發(fā)現(xiàn),導(dǎo)體內(nèi)通以穩(wěn)定電流后,產(chǎn)生的熱量Q同電流強(qiáng)度I的二次方、導(dǎo)線電阻R及通電的時(shí)間t成正比,即同電流所作的功W 成正比
W=JQ。
比例系數(shù)J表示產(chǎn)生1卡熱量所需作的功,稱(chēng)熱功當(dāng)量。其實(shí)驗(yàn)裝置容器由絕熱壁構(gòu)成,電流作功使水的內(nèi)能增加,從而水溫升高。用溫度計(jì)可測(cè)出溫差ΔT。使用簡(jiǎn)單定義的使 1克水溫度升高1攝氏度所需熱量作為量熱單位(卡),則水的比熱容為c=1cal/(g·℃),當(dāng)知道水的質(zhì)量m后,即可由Q=сmΔT確定所傳遞的熱量同電流所作的功W 間的關(guān)系式(W=JQ),并定出熱功當(dāng)量J。這種測(cè)量熱功當(dāng)量的方法叫電量熱法。
焦耳還用機(jī)械量熱法來(lái)測(cè)定熱功當(dāng)量。重砝碼緩慢勻速下降,帶動(dòng)輪軸和轉(zhuǎn)軸使翼輪攪拌水,功轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔顾疁厣摺S蓽囟扔?jì)測(cè)出攪拌前后水的溫差而算出熱量Q。轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臋C(jī)械功W可由砝碼下降的距離算出。由W=JQ公式又可測(cè)定熱功當(dāng)量。焦耳測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)是在英國(guó)曼徹斯特進(jìn)行的,其結(jié)果是使1磅水升高1華氏度需作功772英尺磅,這相當(dāng)于1卡=4.157J。
國(guó)際公認(rèn)的精確值是
J=4.186 8J/cal=4.184 0J/calth
其中cal和calth分別表示國(guó)際蒸汽表卡和熱化學(xué)卡。
國(guó)際單位制中已經(jīng)規(guī)定熱量的單位為焦耳,卡暫時(shí)仍作為同焦耳并用的單位。熱功當(dāng)量這個(gè)詞也將逐漸被廢除,但焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)的歷史意義,將是永存的。2100433B
墻紙顏色分兩大類(lèi),一個(gè)是冷色調(diào)和暖色調(diào),冷色調(diào)使房間看來(lái)大,整潔。暖色調(diào)能夠看起來(lái)溫馨,相對(duì),房間整體面積就會(huì)縮小!從睡覺(jué)習(xí)性來(lái)說(shuō),暖色調(diào)使人有安全感覺(jué)。從我多年賣(mài)墻紙的角度來(lái)說(shuō),銀灰色和粉紅色加藍(lán)色...
那兩個(gè)框其實(shí)相對(duì)還行,可以起到收邊收口的問(wèn)題。暗藏門(mén)做的樣式還是很不錯(cuò)的,基本上這個(gè)門(mén)還是蠻方便的,您這戶(hù)型沒(méi)辦法改門(mén)才會(huì)選擇做隱藏門(mén),
在【布局】窗口內(nèi),選擇-=》工具——選項(xiàng)——顯示——顏色,要把【顯示圖紙背景】的勾去掉,步驟見(jiàn)下圖:
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實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生的能力是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要任務(wù)。在工程認(rèn)證的背景下,提出合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議。將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及研究性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來(lái),構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)體系,以期提高課程的效果,促進(jìn)專(zhuān)業(yè)人才質(zhì)量和學(xué)生綜合素質(zhì)的整體提升。
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在卓越計(jì)劃下,提出了以工程設(shè)計(jì)為背景的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。分別對(duì)學(xué)生的個(gè)性培養(yǎng)、\"學(xué)\"與\"教\"的關(guān)系、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新的研究。通過(guò)改革,使得學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力明顯提高,實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到顯著提升。
焦耳實(shí)驗(yàn)是1850年焦耳首先測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)。
盛在絕熱容器內(nèi)的水,由于砝碼的下落帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)。而使水溫升高。如果砝碼下落所作的功為ΔW,使容器中質(zhì)量為m的水升高溫度為ΔT,那么與ΔW相當(dāng)?shù)臒崃喀應(yīng)為ΔQ=CmΔT式中C是水的比熱,根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的ΔT,可將ΔQ計(jì)算出來(lái);ΔW可以根據(jù)砝碼的質(zhì)量和下落的距離算出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。計(jì)算所得結(jié)果,這就是測(cè)熱功當(dāng)量的焦耳實(shí)驗(yàn)。2100433B
18世紀(jì),人們對(duì)熱的本質(zhì)的研究走上了一條彎路,“熱質(zhì)說(shuō)”在物理學(xué)史上統(tǒng)治了一百多年。雖然曾有一些科學(xué)家對(duì)這種錯(cuò)誤理論產(chǎn)生過(guò)懷疑,但人們一直沒(méi)有辦法解決熱和功的關(guān)系的問(wèn)題,是英國(guó)自學(xué)成才的物理學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳為最終解決這一問(wèn)題指出了道路。
焦耳(James P. Joule,1818年—1889年),英國(guó)物理學(xué)家。是最先用科學(xué)實(shí)驗(yàn)確立能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的人。1818年12月24日焦耳出生于英國(guó)曼徹斯特的索福特,他的父親是一個(gè)釀酒廠主。焦耳自幼跟隨父親參加釀酒勞動(dòng),沒(méi)有受過(guò)正規(guī)的教育。
青年時(shí)期,在別人的介紹下,焦耳認(rèn)識(shí)了著名的化學(xué)家道爾頓。道爾頓給予了焦耳熱情的教導(dǎo)。焦耳向他虛心學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、哲學(xué)和化學(xué),這些知識(shí)為焦耳后來(lái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。而且道爾頓教會(huì)了焦耳理論與實(shí)踐相結(jié)合的科研方法,激發(fā)了焦耳對(duì)化學(xué)和物理的興趣。
焦耳最初的研究方向是電磁機(jī),他想將父親的釀酒廠中應(yīng)用的蒸汽機(jī)替換成電磁機(jī)以提高工作效率。1837年,焦耳裝成了用電池驅(qū)動(dòng)的電磁機(jī),但由于支持電磁機(jī)工作的電流來(lái)自鋅電池,而鋅的價(jià)格昂貴,用電磁機(jī)反而不如用蒸汽機(jī)合算。焦耳的最初目的雖然沒(méi)有達(dá)到,但他從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流可以做功,這激發(fā)了他進(jìn)行深入研究的興趣。
1840年,焦耳把環(huán)形線圈放入裝水的試管內(nèi),測(cè)量不同電流強(qiáng)度和電阻時(shí)的水溫。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn),他發(fā)現(xiàn):導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)放出的熱量與導(dǎo)體的電阻及電流強(qiáng)度的平方之積成正比。四年之后,俄國(guó)物理學(xué)家楞次公布了他的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而進(jìn)一步驗(yàn)證了焦耳關(guān)于電流熱效應(yīng)之結(jié)論的正確性。因此,該定律稱(chēng)為焦耳-楞次定律。
焦耳總結(jié)出焦耳-楞次定律以后,進(jìn)一步設(shè)想電池電流產(chǎn)生的熱與電磁機(jī)的感生電流產(chǎn)生的熱在本質(zhì)上應(yīng)該是一致的。1843年,焦耳設(shè)計(jì)了一個(gè)新實(shí)驗(yàn)。將一個(gè)小線圈繞在鐵芯上,用電流計(jì)測(cè)量感生電流,把線圈放在裝水的容器中,測(cè)量水溫以計(jì)算熱量。這個(gè)電路是完全封閉的,沒(méi)有外界電源供電,水溫的升高只是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能又轉(zhuǎn)化為熱的結(jié)果,整個(gè)過(guò)程不存在熱質(zhì)的轉(zhuǎn)移。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全否定了熱質(zhì)說(shuō)。
上述實(shí)驗(yàn)也使焦耳想到了機(jī)械功與熱的聯(lián)系,經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、測(cè)量,焦耳終于測(cè)出了熱功當(dāng)量,但結(jié)果并不精確。1843年8月21日在英國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)上,焦耳報(bào)告了他的論文《論電磁的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值》,他在報(bào)告中說(shuō)1千卡的熱量相當(dāng)于460千克米的功。他的報(bào)告沒(méi)有得到支持和強(qiáng)烈的反響,這時(shí)他意識(shí)到自己還需要進(jìn)行更精確的實(shí)驗(yàn)。
1844年,焦耳研究了空氣在膨脹和壓縮時(shí)的溫度變化,他在這方面取得了許多成就。通過(guò)對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)速度與溫度的關(guān)系的研究,焦耳計(jì)算出了氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)速度值,從理論上奠定了波義耳-馬略特和蓋-呂薩克定律的基礎(chǔ),并解釋了氣體對(duì)器壁壓力的實(shí)質(zhì)。焦耳在研究過(guò)程中的許多實(shí)驗(yàn)是和著名物理學(xué)家威廉·湯姆孫(后來(lái)受封為開(kāi)爾文勛爵)共同完成的。在焦耳發(fā)表的97篇科學(xué)論文中有20篇是他們的合作成果。當(dāng)自由擴(kuò)散氣體從高壓容器進(jìn)入低壓容器時(shí),大多數(shù)氣體和空氣的溫度都要下降,這一現(xiàn)象就是兩人共同發(fā)現(xiàn)的。這一現(xiàn)象后來(lái)被稱(chēng)為焦耳-湯姆孫效應(yīng)。
無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)方面,還是在理論上,焦耳都是從分子動(dòng)力學(xué)的立場(chǎng)出發(fā)進(jìn)行深入研究的先驅(qū)者之一。
在從事這些研究的同時(shí),焦耳并沒(méi)有間斷對(duì)熱功當(dāng)量的測(cè)量。1847年,焦耳做了迄今認(rèn)為是設(shè)計(jì)思想最巧妙的實(shí)驗(yàn):他在量熱器里裝了水,中間安上帶有葉片的轉(zhuǎn)軸,然后讓下降重物帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn),由于葉片和水的摩擦,水和量熱器都變熱了。根據(jù)重物下落的高度,可以算出轉(zhuǎn)化的機(jī)械功;根據(jù)量熱器內(nèi)水的升高的溫度,就可以計(jì)算水的內(nèi)能的升高值。把兩數(shù)進(jìn)行比較就可以求出熱功當(dāng)量的準(zhǔn)確值來(lái)。
焦耳還用鯨魚(yú)油代替水來(lái)做實(shí)驗(yàn),測(cè)得了熱功當(dāng)量的平均值為423.9千克·米/千卡。接著又用水銀來(lái)代替水,不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法,直到1878年,這時(shí)距他開(kāi)始進(jìn)行這一工作將近40年了,他已前后用各種方法進(jìn)行了400多次的實(shí)驗(yàn)。他在1849年用摩擦使水變熱的方法所得的結(jié)果跟1878年的是相同的,即為423.9千克·米/千卡。一個(gè)重要的物理常數(shù)的測(cè)定,能保持30年而不作較大的更正,這在物理學(xué)史上也是極為罕見(jiàn)的事。這個(gè)值當(dāng)時(shí)被大家公認(rèn)為熱功當(dāng)量
熱功當(dāng)量意義
在沒(méi)有認(rèn)識(shí)熱的本質(zhì)以前,熱量、功、能量的關(guān)系并不清楚,所以它們用不同的單位來(lái)表示。熱量的單位用卡路里,簡(jiǎn)稱(chēng)卡。18世紀(jì)末,人們認(rèn)識(shí)了熱與運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這為后來(lái)焦耳研究熱與功的關(guān)系開(kāi)辟了道路。焦耳認(rèn)為熱量和功應(yīng)當(dāng)有一定的當(dāng)量關(guān)系,即熱量的單位卡和功的 單位焦耳間有一定的數(shù)量關(guān)系。他從1840年開(kāi)始,到1878年近40年的時(shí)間內(nèi),利用電熱量熱法和機(jī)械量熱法進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn),最終找出了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系。如果用W表示電功或機(jī)械功,用Q表示這一切所對(duì)應(yīng)的熱量,則功和熱量之間的關(guān)系可寫(xiě)成W=JQ,J即為熱功當(dāng)量。在1843年,焦耳用電熱法測(cè)得的J值大約為4.568焦/卡;用機(jī)械方法測(cè)得的J值大約為4.165焦/卡。以后焦耳又分別在1845年、1847年、1850年公布了他進(jìn)一步測(cè)定的結(jié)果,最后在1878年公布的結(jié)果為J=4.157焦/卡。以后隨著科學(xué)儀器的進(jìn)一步發(fā)展,其他科學(xué)家又做了大量的驗(yàn)證。公認(rèn)的熱功當(dāng)量值為:在物理學(xué)中J=4.1868焦/卡(其中的"卡"叫國(guó)際蒸汽表卡);在化學(xué)中J=4.1840焦/卡(其中的"卡"叫熱化學(xué)卡)。
國(guó)際單位已統(tǒng)一規(guī)定功、熱量、能量的單位都用焦耳,熱功當(dāng)量就不存在了。但是,熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)及其具體數(shù)據(jù)在物理學(xué)發(fā)展史上所起的作用是永遠(yuǎn)存在的。焦耳的實(shí)驗(yàn)為能量轉(zhuǎn)化與守恒定律奠定了基礎(chǔ)。